Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

2.7. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

2.7.1. Общие замечания

Как известно    ,                                                                                  (2.15)

откуда , где   – синхронная частота вращения.

Таким образом, из (2.15) следует, что частоту вращения АД можно регулировать двумя способами:

      1) изменением синхронной частоты вращения ;

     2) изменением скольжения s.

     Изменить  можно двум путями: плавно путем изменения питающей частоты      и ступенчато путем изменения числа пар полюсов р. В обоих случаях регулирование частоты осуществляется экономично с высоким КПД.

Рекомендуемые материалы

     Второй способ регулирования не экономичен, так как он связан со значительными потерями в обмотке ротора. В этом случае возникает мощность скольжения  , которая выделяется в виде потерь в роторе.

     2.7.2. Частотное регулирование

     Формула максимального момента АД имеет вид

.

     Если учесть , и принять с₁=1, r₁=0, то

.

     Если учесть, что                       и         , то

, где                         (2.16)

         Таким образом, с изменением питающей частоты изменяется М_m, что вызывает изменение перегрузочной способности.

         Для обеспечения устойчивой работы АД при частотном регулировании, следует перегрузочную способность, то есть краткость максимального момента оставлять постоянной, т. е.

.                                                       (2.17)

Здесь  индексы «1» и «2» относятся к разным частотам     и  .

         Согласно (2.15) имеем

,

откуда                 ,                                                        (2.18)

здесь М_н1 и М_н2 – нагрузочные моменты при разных частотах.

         Выражение (2.18) – закон частотного регулирования в общем случае.

         Если регулирование осуществляется при постоянном нагрузочном моменте, то

   или   .

В этом случае напряжение питания изменяется пропорционально изменению питающей частоты.

Регулирование осуществляется при постоянной мощности . Так как , , то  .

После подставки отношения моментов в выражение (2.18) получим

.

         2.7.3. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

                переключением числа пар полюсов.

         Так как , то переключением числа пар полюсов р можно изменить  ступенчато. При этом частота вращения ротора   будет  изменяться также ступенчато. Изменение числа пар полюсов осуществляется:

         1) размещением в пазах статора нескольких обмоток,

         2) размещением в пазах статора обмотки специального типа с переключением числа пар полюсов р.

         Первый способ менее выгоден по условиям размещения обмоток. АД с переключением числа р называют многоскоростными. В двухскоростных АД изменение числа пар полюсов производится в отношении , где  – удвоенное число пар полюсов;  – одинарное число пар полюсов. При переходе от большего числа  к меньшему , относительный шаг обмотки изменяется от 1 до 0,5. Изменение  р осуществляется благодаря тому, что каждая фаза обмотки выполняется из двух полуфаз (рис. 2.34). При изменении р в одной из полуфаз  направление тока меняется на противоположное.       Следовательно, изменение р можно достичь изменением направления тока в одной из полуфаз.

         В трехфазной обмотке при переключении р изменяется и схема соединения фазных обмоток. Наиболее употребительна схема переключения

(рис. 2.35). На рис. 2.35,а изображена схема обмотки статора, которая в процессе переключения  на  переключается с У на УУ, переключение с Д на УУ изображено (см. рис.  2.35,б).

         Допустим, что переключение осуществляется при  и  наибольшем допустимом фазном токе . Если пренебречь изменением условий охлаждения при изменении частоты вращения и считая ток    , а также одинаковыми КПД и  , то выражения для полезных мощностей при одинарном и удвоенном числе пар полюсов для схемы, изображенной на рис.2.35,а соответственно будут:

 и ,

 следовательно,

, но , то .

Таким образом, рассматриваемая схема рис. 2.35,а обеспечивает регулирование при постоянном моменте (рис. 2.36,а).

         Аналогично для схемы (рис. 2.35,б

,

,

.

         В данном случае обеспечивается регулирование при постоянной мощности (рис. 2.35,б).

         2.7.4. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

               изменением величины первичного напряжения

.

         Изменение подводимого напряжения вызывает существенное изменение момента АД. При различных величинах первичного напряжения характеристики M=f(s)  имеют различный вид (рис. 2.37).

Как следует (см. рис.2.37),  с уменьшением напряжения двигатель переходит с одной механической характеристики на другую. При этом он работает последовательно в точках 1; 2; 3, которым соответствуют скольжения . Предполагается . Таким образом, c уменьшением U₁ скольжение АД растет, а частота вращения уменьшается              .

         Предел изменения скольжения в данном случае ограничивается его критическим значением . С целью расширения этого предела применяют АД с повышенным скольжением. Известно, что с увеличением активного сопротивление ротора максимальный момент  смещается в сторону больших скольжений и  увеличивается. При этом пределы изменения скольжения при  и пределы изменения частоты вращения увеличиваются.

Так как рассматриваемый способ регулирования связан с увеличением скольжения при уменьшении напряжения питания , то он является  не экономичным, так как связан с большими потерями в обмотке ротора, в которой выделяются потери скольжения: . Поэтому этот способ применяется редко и лишь для АД малой мощности.

         Изменение частоты вращения АД можно осуществлять с помощью регулируемого АТ или  регулируемых сопротивлений, включенных в цепь статора.

Для малых двигателей часто используются изменения подводимого напряжения с помощью реакторов насыщения, управляемых за счет изменения степени подмагничивания постоянным током (рис.2.38).        В данном случае при изменении степени          подмагничивания изменяется степень насыщения реактора, что сопровождается изменением его индуктивного сопротивления, а следовательно, и частоты вращения АД.

         2.7.5. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

               с фазным ротором с помощью реостатов в цепи ротора

         Для регулирования вращения асинхронного двигателя с фазным ротором (АДФ) применения все рассмотренные способы. Но практически из них находит применение лишь способ изменения скорости с помощью реактора насыщения.

         В основном же для регулирования частоты вращения АДФ используются способы, основанные на воздействии на вторичную цепь. Существует два способа:

         1) включение в цепь ротора реостата,

         2) введение в цепь ротора добавочной ЭДС частоты скольжения.

 Рассмотрим первый способ.

 Регулирование частоты вращения АДФ можно осуществить по схеме, аналогичной, рассмотренной выше схем пуска (реостатный пуск). Однако в данном случае реостат рассчитывается на длительную работу. Известно, что включение в цепь ротора добавочного сопротивления приводит к смещению Мm в сторону больших скольжений (рис.2.39).

Обратите внимание на лекцию "Введение".

В данном случае при   двигатель переходит с одной характеристики на другую, (то есть из точки 1 в точку 2 и т.д.) при этом S увеличивается, а частота уменьшается: .

         Определим величину добавочного сопротивления  в цепи ротора при :

,

 следовательно,

.

         Способ неэкономичен, так как связан с большими потерями в цепи ротора.